За допомогою космічного телескопа імені Габбла отримано зображення, що прямо вказує на формування протопланети, схожої на Юпітер, у результаті процесу, який дослідники описують як «інтенсивний і несамовитий». Це спостереження підтверджує теорію формування планет типу Юпітера, яку називають «нестабільність диска».
Нова екзопланета, що формується, міститься у протопланетному газопиловому диску з чіткою спіральною структурою, який обертається навколо молодої зорі. Її вік, за оцінками, становить близько 2 мільйонів років. Це приблизно вік Сонячної системи на час, коли відбувалося формування планет. (Наразі вік Сонячної системи становить 4,6 мільярда років.)
«Природа розумна; вона може створювати планети різними способами», — сказав Тейн Каррі (Thayne Currie), провідний автор дослідження, співробітник обсерваторії Subaru Telescope (Японія) та корпорації Eureka Scientific (США).
Усі планети утворені з речовини, яка існувала у навколозоряному диску. Визначальна теорія формування планет типу Юпітера називається «акреція ядра» («core accretion»). Її особливість — формування планети «знизу вгору». Тобто планети у газопиловому диску виростають з невеликих об’єктів — розміром від зерен пилу до великих каменів — зіштовхуються та злипаються у процесі обертання навколо зорі. Це ядро потім повільно накопичує газ з диска. На відміну від цього, теорія нестабільності диска — це модель формування планети «зверху вниз». При цьому масивний диск навколо зорі охолоджується, гравітація змушує диск швидко розпадатися на один або кілька фрагментів. Маси цих фрагментів співмірні з масами планет.
Екзопланета AB Aurigae b, яка формується, ймовірно, приблизно в дев’ять разів масивніша, ніж Юпітер, і обертається навколо своєї материнської зорі на відстані 13,8 мільярдів кілометрів. Це у понад два рази далі, ніж відстань між Плутоном і Сонцем. На такій відстані треба дуже багато часу, якщо взагалі це можливо, щоб планета розміром з Юпітер утворилася шляхом нарощування ядра. Це змусило дослідників зробити висновок, що нестабільність диска уможливила формування цієї екзопланети на такій великій відстані. І це разюче контрастує з очікуваннями формування планет за широко відомою моделлю акреції ядра.
Науковці взяли для аналізу дані з двох інструментів «Габбла»: спектрографа космічного телескопа, а також камери ближнього інфрачервоного діапазону та багатооб’єктного спектрографа. Ці дані вони порівняли з даними, отриманими від найсучаснішого інструмента для отримання зображення планет під назвою SCExAO на японському 8,2-метровому телескопі «Субару», що встановлений на вершині Мауна-Кеа (Гаваї). Велика кількість даних з космічних і наземних телескопів стала визначальною, бо розрізнити протопланети та складні елементи диска, не пов’язані з планетами, дуже важко.
«Інтерпретувати цю систему надзвичайно складно», — сказав Каррі. «Це одна з причин, чому нам потрібен “Габбл” для цього проєкту — очищене зображення, щоб краще відокремлювати світло від диска та будь-якої планети».
Природа також подала руку допомоги: величезний диск пилу й газу, що кружляє навколо зорі AB Aurigae, нахилений майже перпендикулярно до променя нашого зору із Землі.
Зображення зорі AB Aurigae, зроблене телескопом «Субару» (Subaru), що показує спіральні рукави в диску та нещодавно відкриту протопланету AB Aur b. Яскрава центральна зірка замаскована, а її розташування позначено зірочкою (☆). Розмір орбіти Нептуна в Сонячній системі показаний для масштабу. Фото з сайту https://phys.org.
Каррі підкреслив, що тривалий час роботи «Габбла» відіграв особливу роль, допомігши дослідникам виміряти орбіту протопланети. Спочатку він дуже скептично ставився до того, що AB Aurigae b є планетою. Архівні дані від «Габбла» у поєднанні із зображеннями від «Субару» стали поворотним моментом для зміни його думки.
«Ми не могли виявити цей рух приблизно за рік або два», — сказав Каррі. Загалом 13-річних спостережень «Габбла» у поєднанні з даними від «Субару» було достатньо для виявлення орбітального руху».
«Цей результат спирається на наземні та космічні спостереження, і ми можемо повернутися в минуле за допомогою архівних спостережень Космічного телескопа імені Габбла», — додав Олів’є Ґайон (Olivier Guyon) з Аризонського університету (Тусон) та обсерваторії Subaru, Гаваї. «Об’єкт AB Aurigae b розглянули в різних довжинах хвиль, і з’явилася послідовна картина — дуже надійна».
«Це нове відкриття є вагомим доказом того, що деякі газові планети-гіганти можуть утворюватися за допомогою механізму нестабільності диска», — підкреслив Алан Босс (Alan Boss) з Інституту науки Карнегі у Вашингтоні (округ Колумбія). «Зрештою, гравітація — це все, що має значення, бо залишки речовини від процесу зореутворення врешті-решт будуть з’єднані гравітацією, щоб утворити планети, так чи інакше».
Розуміння перших днів формування планет, схожих на Юпітер, дає астрономам більше інформації про історію Сонячної системи. Це відкриття прокладає шлях для майбутніх досліджень хімічного складу протопланетних дисків, таких як AB Aurigae, зокрема за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба.
Результати досліджень науковців опубліковані у випуску Nature Astronomy від 4 квітня поточного року.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
